陶瓷轴承进入工业应用时代

精密陶瓷科技的发展,促进人类步入一个崭新的石器时代,二十一世纪将是新石器时代的来临!目前,科技产品已广泛的使用到精密陶瓷材料。战后,60年代初期,各工业发达国家都把开发陶瓷轴承新材料纳入国家计划。

    陶瓷在人类生活和现代化建设中是不可缺少的一种材料,它和金属材料、有机高分子材料并列为当代三大固体材料之一。这三者的主要区别在于化学键构成上的差异,由于材料原子间的相互作用力不同,因而在使用性能上表现出极大的差异。现代工程陶瓷材料是以离子键及共价键为主要结合力的无机非金属材料。在工艺上突破了传统方法,其化学组成、显微结构以及性能都不同于普通陶瓷,故称为“特种陶瓷“(special ceramic)。其主要特征为:抗高温、高强度、耐磨耗、耐腐蚀。已成为近代尖端科学技术的重要组成部分。

    据调查统计,世界上约有1/3的能源消耗在不同形式的磨擦上,其中轴承约占1/10左右。工作母机向高精度、长寿命和高速自动化方向发展,对机械工业基础件的要求愈来愈苛刻。生产实践证明,传统轴承单靠改善轴承的结构或润滑条件,已经满足不了现代科学技术和工业生产发展的要求。人类在科学技术上的进步,总是与新材料的出现和使用密切相关的。在科学技术飞速发展的今天,开拓陶瓷材料制造轴承,是近代高技术发展的需要。

    世界上第一套陶瓷轴承是由美国航空航天局(NASA)1972年研制成功的。经过30多年的研究和发展产品从极端保密到公开销售,取得了引人瞩目的成就。

    采用陶瓷材料制造轴承,是对传统轴承的一次革命。材料的使用与发展,标志着人类进步的里程,材料也是现代文明的重要物质基础,所以工业先进国家无不对材料给予足够的重视。我国国务院把基础材料作为国民经济发展的重点,把新材料定为”863“高技术计划7个主要领域之一。

由于制造技术的长足进步,陶瓷材料的韧性和可靠性得到较大提高,使陶瓷轴承在工业上广泛应用成为可能。以单一陶瓷材料或多种

 

陶瓷材料组合制造的全陶瓷轴承和组合型陶瓷轴承,已应用于各种不同的恶劣环境和工况条件之下,在航空、航天、航海、石化,机械、冶金、电力、轻纺、医药和国防军事等领域发挥着重要作用。与钢轴承相比,陶瓷轴承具有钢轴承无法比拟的优势。在高速方面应用: 使用低密度,高弹性模量的陶瓷材料制造滚动体,在轴承高速旋转时,滚动体球虽然只有几克重量,但是作用在球上的离心力有时可达到几十公斤的力,这是产生摩擦和发热的原因,同时也降低了球的滚动疲劳寿命。陶瓷球轴承的温升在低速下与钢球轴承相同,但在高速下,温升比钢球要慢。例如氮化硅(Si3N4)陶瓷的密度只有钢的40%,在高速旋转时陶瓷滚动体产生的离心力大大低于钢制滚动体,使其对外环滚道的压力和交变载荷相应减小,利于其工作转速的提高。与钢轴承相比速度可提高30%~60%,温升降低35%~60%,并且不易发生“抱轴”现象,平均使用寿命为同种钢轴承的4-10倍。在腐蚀环境下的应用: 陶瓷材料的化学性质稳定,很难与其他化学物质发生反应,所以陶瓷轴承可长时间的工作于腐蚀性的酸碱、盐溶液中。在这方面钢轴承不能与陶瓷轴承同日而语,即使目前普遍使用的不锈钢轴承,由于材料的硬度低,以及晶间腐蚀的破坏作用,即使工作在弱酸溶液中也很难维持一定的时间,陶瓷轴承的平均寿命比不锈钢轴承高4~25倍,性价比占有极大的优势。在高温工况下的应用:经过特殊处理的钢轴承最高也只能工作在250℃以下。而用陶瓷材料制造的轴承,工作温度可以达到400℃~1000℃,在有气体保护的情况下陶瓷材料可工作在1400℃的温度下。此外,陶瓷轴承在高压、真空、深冷、易燃易爆、防磁、电绝缘等工业领域上,有着广阔的开发和应用前景。

    进入80年代,随着人们对陶瓷轴承的研究步伐进一步加快,成功的解决和攻克了产业化生产中所遇到的一系列技术难题,生产成本大幅度降低,工艺水平日益提高,陶瓷轴承进入工业应用的时代已经到来!